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课程设计报告

单片机课程设计

课程设计题目：步进电机无级调速系统设计

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10年4

目录

摘要

随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。

步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。

本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，通过IO口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机；同时，用4个按键来对电机的状态进行控制，并用数码管动态显示电机的转速。

系统由硬件设计和软件设计两部分组成。其中，硬件设计包括AT89C51单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动（集成达林顿ULN2003）模块、数码显示（SM420361K数码管）模块、测速模块（含霍尔片UGN3020）6个功能模块的设计，以及各模块在电路板上的有机结合而实现。软件设计包括键盘控制、步进电机脉冲、数码管动态显示以及转速信号采集模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上，对速度进行实时监控显示。软件采用在Keil软件环境下编辑的C语言。本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。

本控制系统的设计采用实验室中的试验箱单片机控制，通过人为按动各开关实现步进电机的开关，以及电机的加速及减速功能，另外还增加可设正反转的功能，具有灵活方便、适应范围广易懂的特点，能够满足实现自身实践动手能力提高的需求。

设计任务与要求

本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用8279作为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并且将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上。

设计的步进电机控制系统应具有以下功能：

1.步进电机的启停控制；

2．步进电机的正反转控制；

3.步进电机的加速控制；

4.步进电机的减速控制；

5.步进电机转速的动态显示。

二、硬件设计

硬件电路框图

图2.1

电路分析

单片机最小电路

图2.1.1

单片机最小电路由电源电路、复位电路、晶振电路组成：

(1)电源电路（如图2.1.1）中C1（0.1uF的电容）、C2（47.uF的电容）起滤波作用，C1过滤高频信号，C2过滤低频信号。

图2.1.2

(2)复位电路（如图2.1.2），当VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，K1闭合时，C放电；K1断开时，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。

图2.1

(3)在晶振电路（如图3.1.3）中，晶振采用12M的晶振，实现1us的机器周期。

图2.1.4

步进电机驱动电路

图2.2

ULN2003A资料：

ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。

它是双列16脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTLCOMS,由达林顿管组成驱动电路。ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端允许通过电流为200mA，饱和压降VCE约1V左右，耐压BVCEO约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直接驱动低压灯泡。通常单片机驱动ULN2003时，上拉2K的电阻较为合适，同时，COM引脚应该悬空或接电源。

键盘显示电路

图2.3

8279特点：

(1)可同时进行键盘扫描及文字显示；

(2)键盘扫描模式；

(3)传感器扫描模式；

(4)激发输入模式；

(5)8乘8键盘FIFO(先进先出)；

(6)具有